بررسي منطق نانو مغناطيس در طراحي مدارهاي نانومتريك ابر رسانا

Investigating the logic of nanomagnetism in the design of superconducting nanometer circuits

به روز رساني تغييرات پيش آمده در ساختارهاي نانوالكترونيك مبتني بر شارژ، از طريق تغيير حالت مدارهاي منطقي با استفاده از سوئيچينگ FET يا سلولهاي كوانتومي بهم جفت شده بصورت بيسيم، انجام مي شود. يكي از رويكردهاي جايگزين براي اين روش هاي معمول مبتني بر شارژ، استفاده از منطق نانومغناطيس در حوزه نانوالكترونيك است. اتلاف توان منطق CMOS در پياده سازي با طول گيت كمتر از 10 نانومتر قابل قبول نخواهد بود. منطق QCA نيز در دماي نزديك به صفر درجه كلوين با مشكل انجام عمليات مواجه خواهد شد. نانومغناطيس به عنوان يك تكنولوژي نويد بخش، به دليل سرعت بالاي اجراي دستورالعملها، كمترين ميزان اتلاف توان را نسبت به منطق هاي CMOS و QCA دارد. منطق نانو منغناطيس مي تواند به شكل QCA مغناطيسي، جايگزين مناسبي براي منطق CMOS باشد. در اين تحقيق، محدوديتها و چالشهاي منطق CMOS و QCA را بررسي نموده و منطق نانومغناطيس را به عنوان تكنولوژي جايگزين معرفي مي كنيم. در اين راستا، منطق تك اسپين ، به عنوان يكي از گزينه هاي احتمالي معرفي مي گردد. اما لزوم وجود محيط هاي بسيار سرد براي توسعه آن، پيش روي در اين مسير را با مشكل مواجه نموده است. اگرچه منطق نانو مغناطيس به دليل سرعت بالاي اجراي دستورات، اتلاف توان كمتري نسبت به دو منطق ديگر دارد، اما با كنار گذاشتن منطقي مانند QCA مي تواند به معني از دست دادن ويژگي هاي آن باشد. همچنين به دليل افزايش تعداد دستورات در منطق NML و به دليل ماهيت ساختاري منطق اسپين، افزايش پيچيدگي محاسباتي را خواهيم داشت. در نتيجه تحمل پذيري خطا پايين مي آيد. يكي از رويكردهاي محاسباتي نوين براي رفع اين مشكل در NML استفاده از محاسبات تصادفي است. بنابراين بهترين رويكرد، تركيب منطق نانومغناطيس با تكنولوژي هايي همچون QCA است. در نهايت، تحقق يك ماشين سلولي كوانتومي مغناطيسي ، مي تواند از طريق آرايه ماشين هاي مغناطيسي قابل بازپيكربندي توسعه يابد.

Updating the changes in charge-based nanoelectronic structures is done through switching the state of logic circuits using FET switching or wirelessly coupled quantum cells. One of the alternative approaches to these conventional charge-based methods is the use of nanomagnetism logic in the field of nanoelectronics. Power loss of CMOS logic in implementation with gate length less than 10 nm will not be acceptable. QCA logic will also face the problem of operating at a temperature close to zero degrees Kelvin. Nanomagnetism, as a promising technology, has the lowest amount of power loss compared to CMOS and QCA logics due to the high speed of instruction execution. Nanomagnetic logic can be a suitable alternative to CMOS logic in the form of magnetic QCA. In this research, we examine the limitations and challenges of CMOS and QCA logic and introduce nanomagnetism logic as an alternative technology. In this regard, single spin logic is introduced as one of the possible options. But the need for very cold environments for its development has made it difficult to move forward in this direction. Although the logic of nanomagnetism has less power loss than the other two logics due to the high speed of executing instructions, but leaving out a logic like QCA can mean losing its features. Also, due to the increase in the number of instructions in the NML logic and due to the structural nature of the spin logic, we will have an increase in the computational complexity. As a result, error tolerance is reduced. One of the new computational approaches to solve this problem in NML is the use of stochastic calculations. Therefore, the best approach is to combine the logic of nanomagnetism with technologies such as QCA. Finally, the realization of a magnetic quantum cellular machine can be developed through an array of reconfigurable magnetic machines.